55絞車跑車后鋼絲繩斷裂原因分析及安全放鋼絲繩長度的研究

來源：網絡|發布時間：2022-06-20 13:03:41| 瀏覽數：...

前提條件：55絞車的選型計算滿足要求，鋼繩符合國家標準。
　　1 現場勘查結果簡介
　　1.1地質條件：斜巷長76米，坡角23.5°，絞車安裝在傾斜巷道上端距變坡點16.8m處，滾筒出繩位置距變坡點17m；
　　1.2絞車工作情況：3t礦車載有沙子和水泥的比例是2：1，礦車載貨從坡頂下行，鋼絲繩突然斷裂跑車，跑車后，鋼絲繩斷口平直、整齊，量得礦車上所帶鋼絲繩長度27m，所用鋼絲繩的基本參數如表1。
　　
　　　　
　　2 推斷
　　操作工人推礦車前，先預留一定長度的鋼絲繩，然后讓絞車閘抱死，之后推礦車至變坡點，礦車下行，鋼絲繩突然斷裂，跑車。根據斷繩長度Ld=27m和滾筒出繩位置到變坡點的距離L0=17m，可知斷繩前，礦車在斜坡上運行的距離L=Ld- L0=27m-17m=10m，此10m內礦車未受到絞車牽引力的作用，因此在這10m內鋼絲繩上沒有受到沿繩方向的任何力作用，當到達10米的瞬間，鋼絲繩上瞬間加載沿繩方向的作用力F，當F小于鋼絲繩的破斷拉力總和時，鋼絲繩將吸收載重礦車下行時的所有動能，致使礦車速度為零，停止運行，當F大于鋼絲繩的破斷拉力總和時，鋼繩斷裂，斷裂時要損失一部分能量，所以斷裂前后動能不相等，斷裂后礦車將以不同于斷裂前的速度繼續運行。
　　3 鋼絲繩受力前的受力分析
　　根據現場勘查結果，55絞車鋼絲繩受力前的瞬間，以3t礦車的重力作用點O為中心受力分析如圖1所示（注釋：這個運動過程中鋼絲繩質量比較小，可以忽略不計。）
　　
　　G=mg   G1=G sinθ   G2=Gcosθ  f=μG2= μGcosθ
　　G ——載重礦車的重力N；
　　G1——載重礦車沿運動方向的分力N；
　　G2——載重礦車垂直運動方向的分力N；
　　f ——摩擦力N；
　　m——載重礦車的質量kg 3t礦車自重1270kg 載貨質量3.3m3×2000kg/m3（轉載或為沙子和水泥按2：1的比例裝載，沙子容重是1450kg/m3，水泥的容重是3100kg/ m3，所以混合物的容重2000kg/ m3）m=1270+3.3×2000=7870kg；
　　g——是重力加速度取g=9.8N/s2；
　　μ——礦車沿軌道運行的阻力系數，滾動軸承輪對取μ=0.05；
　　　　
　　　　ΔL是鋼繩的伸長量，由于ΔL<< L+Lc/2，所以ΔL段摩擦力所做的負功忽略不計，那么在礦車的運行滿足下列能量守恒方程。
　　W =mv2/2= GH- f（L+Lc/2）
　　W——鋼絲繩內儲存的彈性勢能為。W=F2Ld/（2EA）[1]
　　F ——鋼絲繩上所受的力N；
　　Ld ——斷繩長度Ld=27m；
　　E —— 6×19-FC φ21.5mm鋼絲繩的彈性模量E=0.863×105MPa [2][3]；
　　A ——鋼絲繩橫截面積m2，直徑21.5mm，A=3.14×（0.0215/2）2=36.29×10-5m2。

　　W =mv2/2= GX sinθ- fX
　　F’2（X+17）/（2EA）= GX sinθ- fX
　　代入各已知量得X=1.1m，則安全放鋼絲繩長度X+17- Lc/2=1.1+17-1.5=16.6m。
　　結論
　　假設不成立，鋼絲繩吸收不了斷裂前礦車在斜坡上運動的所有動能，所以鋼絲繩斷裂，發生了跑車事故。質量7870kg的載重礦車后輪離開變坡點前，必須在絞車的牽引力作用下勻速緩慢下放。